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含阴离子表面活性剂（SDS）低温低浊水的絮凝特性研究

作　者: 王巧
导　师: 施周；陈治安
学　校: 湖南大学
专　业: 市政工程
关键词: 絮凝特性阴离子表面活性剂聚合氯化铝纳米二氧化硅低温低浊水分维絮凝形态学
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文对含典型阴离子表面活性剂-十二烷基硫酸钠(SDS)的低温低浊水的絮凝特性进行了研究。考察了聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铝(AlCl3)、三氯化铁(FeCl3)及纳米SiO2对低温低浊原水中浊度和SDS的去除效果。通过PDA2000对絮凝过程进行光学在线监测,借助图像分析技术与分形理论,对含SDS高岭土颗粒的动态絮凝过程、絮体分形结构的形态学特征进行了研究分析。论文的主要研究成果如下:(1)四种无机混凝剂与纳米SiO2单独使用时,氯化铁和聚合氯化铝对低温低浊水中的浊度去除效果最为显著,对SDS具有一定的去除效果;经纳米SiO2处理后的剩余浊度仍较高,但对SDS的去除效果明显优于其它无机盐混凝剂。SDS对混凝剂于浊度的去除有一定的影响,相同剂量混凝剂对含较高浓度SDS悬浊液的浊度去除效果较差。但SDS浓度越高,相对有利于SDS的去除。(2)以纳米SiO2为助凝剂,能显著提高PAC对浊度与SDS的絮凝效果。以氯化铁、聚合硫酸铁、氯化铝为主混凝剂,对浊度的去除,纳米SiO2存在一个临界投加量:3mg/L,当纳米SiO2投加量少于临界投加量时,上清液的剩余浊度随纳米SiO2投加量增大降低明显;然而当纳米SiO2投加量超过临界投加量时,上清液的剩余浊度随投加量的增大反而上升,而SDS的去除率只略有提升。(3)聚合氯化铝+纳米SiO2在pH值为6～9范围内对浊度都有比较好的去除效果,上清液的剩余浊度均在1NTU以下,且去除效果明显优于其他混凝剂与纳米SiO2的组合。pH值过低(pH<6)或过高(pH>9)都不利于浊度的去除。聚合氯化铝+纳米SiO2去除SDS的最佳pH值为6。(4)SDS能增强颗粒表面的电负性,使粒子表面的ζ电位的绝对值增大,影响混凝剂的絮凝效果。聚合氯化铝的絮凝机理为缩双电层、电中和吸附及粘结架桥;纳米SiO2的絮凝机理为吸附架桥;聚合氯化铝+纳米SiO2的絮凝机理是二者的结合,以架桥絮凝机理为主,电性中和机理为辅。(5)助凝剂纳米SiO2能使悬浊液中的颗粒在较短的絮凝时间内形成大粒径絮体,R比值到达峰值的时间提前,峰值增加。低浓度SDS对絮凝初絮体的形成起阻碍作用,而较高浓度的SDS对絮凝过程起促进作用。以纳米SiO2为助凝剂时,形成的絮体的强度因子和恢复因子较PAC单独使用时都有所提高,形成的絮体抵抗水力剪切能力强,而且破碎后的絮体再絮凝性也增强。(6)以PAC为主混凝剂时,随着助凝剂纳米SiO2投加量的增加,絮凝体的分形维数、平均当量粒径都增大。纳米SiO2能促使PAC絮体结构向更密实的构型转变,表征絮体内部填充程度的分维值增加,PAC的除浊效果与SDS去除率提高。整个絮凝过程中,絮体分形结构从疏松多孔、开放的分枝状DLCA构造,逐步向密实的RLCA模式演变,沉降性能改善,分维值上升。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1 章绪论  12-25
  1.1 混凝的研究进展  12-14
  1.2 表面活性剂概述  14-17
    1.2.1 表面活性剂的结构特点和分类  14
    1.2.2 表面活性剂在界面上的吸附  14-16
    1.2.3 表面活性剂的团聚  16-17
  1.3 纳米材料简介  17-22
    1.3.1 纳米材料的特性  18-21
    1.3.2 纳米材料在水处理中的研究进展  21-22
  1.4 课题的来源与意义  22-23
  1.5 课题的研究内容  23-25
第2 章絮凝基础理论与絮凝过程中的分形  25-38
  2.1 絮凝机理  25-27
    2.1.1 双电层压缩理论  25
    2.1.2 电中和/吸附理论  25
    2.1.3 吸附架桥理论  25-26
    2.1.4 卷扫絮凝理论  26-27
  2.2 絮凝动力学  27-28
  2.3 絮凝过程中的分形  28-38
    2.3.1 分形理论及其发展历程  28-29
    2.3.2 分维的计算方法  29-31
    2.3.3 絮凝体的分形特性  31-38
第3 章实验材料、设备与方法  38-43
  3.1 实验材料  38-40
    3.1.1 主要混凝剂  38-39
    3.1.2 纳米材料  39
    3.1.3 表面活性剂  39
    3.1.4 其它试剂  39-40
    3.1.5 主要实验仪器及设备  40
  3.2 试验方法与指标测定  40-43
    3.2.1 试验方法  40-41
    3.2.2 指标测定  41-43
第4 章含SDS 低温低浊水的处理效果研究  43-55
  4.1 药剂单独投加时处理效果的对比研究  43-47
    4.1.1 对浊度的去除效果  43-45
    4.1.2 对SDS 的去除效果  45-47
  4.2 以纳米SiO_2 为助凝剂时处理效果的对比研究  47-50
    4.2.1 对浊度去除效果的对比  47-49
    4.2.2 对SDS 的去除效果的对比  49-50
  4.3 pH 值对浊度、SDS 去除效果的影响  50-52
    4.3.1 pH 值对浊度去除效果的影响  50-51
    4.3.2 pH 值对SDS 去除效果的影响  51-52
  4.4 絮凝体沉降性能对比  52-53
  4.5 本章小结  53-55
第5 章聚合氯化铝与纳米SiO_2的絮凝机理研究  55-59
  5.1 ζ电位测定原理  55-56
  5.2 SDS 的电动特性  56
  5.3 不同混凝剂的作用机理  56-58
  5.4 本章小结  58-59
第6 章动态絮凝过程及絮凝体的形态学研究  59-72
  6.1 PDA 动态实验  59-65
    6.1.1 PDA 的工作原理与功能  59-60
    6.1.2 PDA 在线监测试验  60-62
    6.1.3 絮凝体的强度因子和恢复因子  62-65
  6.2 以PAC 为主混凝剂时絮凝体的形态学特征  65-70
    6.2.1 助凝剂纳米SiO_2 投加量对絮凝体形态和尺寸的影响  65-67
    6.2.2 不同条件下絮凝体的分形构造特征与絮凝形态学特征  67-70
  6.3 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-79
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  79-80
致谢  80

含阴离子表面活性剂（SDS）低温低浊水的絮凝特性研究

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